CN114133967A - 一种水煤浆添加剂及其制备方法以及一种水煤浆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水煤浆添加剂，包括以下质量百分比的原料：聚苯乙烯磺酸盐10％～20％；聚氧乙烯醚10％～20％；木质素40％～60％；酸碱调节剂5％～10％；磷酸盐15％～20％。本发明通过选用特定分子量的聚苯烯烃磺酸盐，并复配一定质量分数的木质素、酸碱调节剂、磷酸盐等，复配后的分散剂对低阶煤制浆效果较佳，降低煤浆粘度效果明显，煤浆性能得到大幅提升。
Description
技术领域
本发明属于水煤浆技术领域，具体涉及一种水煤浆添加剂及其制备方法以及一种水煤浆。
背景技术
水煤浆是由一定粒度分布的煤、水和少量化学添加剂配制而成的一种浆体。具有工业应用价值的水煤浆产品要求有高浓度、低粘度、良好的流动性和稳定时间长等特点。在水煤浆生产过程中，水煤浆添加剂对水煤浆性能起着至关重要的作用。目前，水煤浆添加剂主要有木质素系、萘系、腐植酸系和非离子型等。但是这些产品各有优点，也各有缺陷，应用方面不同程度地受到制约。如木质素磺酸盐价格便宜，稳定性较好，但缺点是制浆粘度较大，且原料来源紧张；萘系分散剂分散性好、降粘作用强、浆流动性好，但是浆体稳定性较差，容易析水产生硬沉淀；非离子型分散剂的主要优点在于分子的亲水亲油性和相对分子质量易于调节和控制，不受水质和煤中可溶物的影响，不需添加稳定剂，但是价格昂贵。
由于水煤浆添加剂分子结构和煤质存在着匹配性，这种匹配性影响着煤的成浆性、流变性和浆体稳定性。水煤浆添加剂普适性有限，几种添加剂不可能普适于所有煤种。另外，优质来源的气化煤种逐渐减少，难制浆的低阶煤不断应用于水煤浆气化中。
煤的制浆性能受到多种因素影响，如煤的变质程度、表面亲水特性、空隙度、煤中矿物质成分等。随着优质煤种逐渐减少，现在许多低变质程度的煤多用于制备水煤浆，普遍出现煤浆浓度较低、煤浆稳定性较差等情况。
低变质程度的煤种由于煤的氧碳比较高，空隙度发达，可自由流动的水较少，因此制备的煤浆浓度偏低。部分的煤种由于煤质的原因，存在煤浆流态较差的情况，即煤浆稳定性较差。煤种成浆浓度低，通过适量增加分散剂用量的方法来提高煤浆浓度，但分散剂的用量过高会导致煤浆流态变差，稳定性得不到保障，影响煤浆在管道中的输送。
因此，针对低阶煤成浆浓度较低，稳定性较差的特点，有必要开发高性能的水煤浆添加剂。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种水煤浆添加剂以及一种水煤浆，本发明提供的水煤浆添加剂针对低变质程度的难制浆煤种，在用量较少的条件下，其制浆效果较好，煤浆浓度较高，流动性、稳定性较好。
本发明提供了一种水煤浆添加剂，包括以下质量百分比的原料：
聚苯乙烯磺酸盐10％～20％，所述聚苯乙烯磺酸盐的重均分子量为2～3万；
聚氧乙烯醚10％～20％；
木质素40％～60％；
酸碱调节剂5％～10％；
磷酸盐15％～20％。
优选的，所述聚苯乙烯磺酸盐的聚合度为25～30。
优选的，所述木质素的重均分子量为15000～30000之间。
优选的，所述磷酸盐为三聚磷酸钠和/或六偏磷酸钠。
优选的，所述酸碱调节剂选自碳酸盐或氢氧化钠。
本发明还提供了一种上述水煤浆添加剂的制备方法，将聚苯乙烯磺酸盐、聚氧乙烯醚、木质素、酸碱调节剂和磷酸盐混合，得到水煤浆添加剂。
本发明还提供了一种水煤浆，包括煤粉、水煤浆添加剂和水，所述水煤浆添加剂选自上述水煤浆添加剂。
优选的，所述煤粉选自低阶煤难制浆煤种；
所述煤粉中，200目以下煤粉占总煤粉的比例为35％～50％。
优选的，所述水煤浆添加剂占所述煤粉的质量百分比为1.0％～2.5％。
优选的，所述水煤浆粘度＜1200mpa.s，所述水煤浆静止24小时以上，不出现硬沉淀，析水率小于5％。
与现有技术相比，本发明提供了一种水煤浆添加剂，包括以下质量百分比的原料：聚苯乙烯磺酸盐10％～20％；聚氧乙烯醚10％～20％；木质素40％～60％；酸碱调节剂5％～10％；磷酸盐15％～20％。本发明通过选用特定分子量的聚苯烯烃磺酸盐，并复配一定质量分数的木质素、酸碱调节剂、磷酸盐等，复配后的分散剂对低阶煤制浆效果较佳，降低煤浆粘度效果明显，煤浆性能得到大幅提升。
具体实施方式
本发明提供了一种水煤浆添加剂，包括以下质量百分比的原料：
聚苯乙烯磺酸盐10％～20％；
聚氧乙烯醚10％～20％；
木质素40％～60％；
酸碱调节剂5％；
磷酸盐15％。
本发明提供的水煤浆添加剂包括10％～20％的聚苯乙烯磺酸盐，优选为11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％，或10％～20％之间的任意值。所述聚苯乙烯磺酸盐的重均分子量为2～3万，聚苯乙烯磺酸盐的聚合度为25～30，优选为25、26、27、28、29、30。
本发明提供的水煤浆添加剂还包括10％～20％的聚氧乙烯醚，优选为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％，或10％～20％之间的任意值。
本发明提供的水煤浆添加剂还包括40％～60％的木质素，优选为40％、45％、50％、55％、60％，或40％～60％之间的任意值。所述木质素的重均分子量为15000～30000之间。
本发明提供的水煤浆添加剂还包括5％～10％的酸碱调节剂，优选为5％、6％、7％、8％、9％、10％，或5％～10％之间的任意值。在本发明中，所述酸碱调节剂选自碳酸盐或氢氧化钠。
本发明提供的水煤浆添加剂还包括15％～20％的磷酸盐，优选为15％、16％、17％、18％、19％、20％，或15％～20％之间的任意值。在本发明中，所述磷酸盐为三聚磷酸钠和/或六偏磷酸钠。
本发明还提供了一种上述水煤浆添加剂的制备方法，将聚苯乙烯磺酸盐、聚氧乙烯醚、木质素、酸碱调节剂和磷酸盐混合，得到水煤浆添加剂。
本发明还提供了一种水煤浆，包括煤粉、水煤浆添加剂和水，所述水煤浆添加剂选自上述水煤浆添加剂。
在本发明中，所述煤粉选自低阶煤难制浆煤种，所述煤粉的内水含量为6％～15％。
所述煤粉中，200目以下煤粉占总煤粉的比例为35％～50％，因此，本发明复配添加剂的煤种粒度级配要求较为宽泛。
所述水煤浆添加剂占所述煤粉的质量百分比为1.0％～2.5％，优选为1.0％、1.2％、1.5％、1.8％、2.0％、2.2％、2.5％，或1.0％～2.5％之间的任意值。
所述水煤浆粘度＜1200mpa.s。
所述水煤浆静止24小时以上，不出现硬沉淀，析水率小于5％。
本发明提供的复配添加剂，针对低阶煤难制浆煤种，其效果较优，在用量较少的条件下，煤种制浆浓度显著提高，煤浆流动性、稳定性等状态较好。解决了低阶煤制浆浓度低，部分煤种制浆稳定性差的问题。
本发明提供的复配添加剂解决了低阶煤制浆浓度低的问题，确保了气化炉长周期运行。
结果表明，本发明提供的复配添加剂制备得到的水煤浆稳定性为：静止24小时以上，不出现硬沉淀，静止72小时后为软沉淀，析水率小于5％。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的水煤浆添加剂及其制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
以下实施例中，所述聚苯乙烯磺酸盐的重均分子量为2～3万，所述木质素的重均分子量为15000～30000之间。
实施例1
(1)复配添加剂1：聚苯乙烯磺酸盐10％、聚氧乙烯醚10％、木质素60％、酸碱调节剂氢氧化钠5％、磷酸盐(三聚磷酸钠)15％。
(2)制备煤粉：内蒙地区难制浆某低阶煤，内水含量6.2％，破碎到一定粒度(≤3mm)，然后用高速万能破碎机干法粉碎。控制破碎时间，直接破碎制得粒度分布合适的煤粉，小于200目煤粉比例为42.7％。
(3)制备水煤浆：按照预先设定的水煤浆浓度(59％)和添加剂用量0.15％，计算固体粉末添加剂、需补加水量及成浆所需煤量，将煤粉、添加剂和补加水混合均匀，在950转/分的搅拌速度下匀浆5分钟。
用复配添加剂1进行制浆实验，成浆性结果对比如下：
表1制浆评价结果
表1中，“常规”指添加剂为分子量为5万的木质素。
实施例2
(1)复配添加剂2：聚苯乙烯磺酸盐15％、聚氧乙烯醚15％、木质素50％、酸碱调节剂氢氧化钠5％、磷酸盐(三聚磷酸钠)15％。
(2)制备煤粉：内蒙地区难制浆某低阶煤，内水含量7.1％，破碎到一定粒度(≤3mm)，然后用高速万能破碎机干法粉碎。控制破碎时间，直接破碎制得粒度分布合适的煤粉，小于200目煤粉比例为44.9％。
(3)制备水煤浆：按照预先设定的水煤浆浓度(58％)和添加剂用量0.20％，计算固体粉末添加剂、需补加水量及成浆所需煤量，将煤粉、添加剂和补加水混合均匀，在950转/分的搅拌速度下匀浆5分钟。
用复配添加剂1进行制浆实验，成浆性结果对比如下：
表2制浆评价结果
表2中，“常规”指添加剂为分子量为5万的木质素。
实施例3
(1)复配添加剂2：聚苯乙烯磺酸盐15％、聚氧乙烯醚15％、木质素50％、酸碱调节剂氢氧化钠5％、磷酸盐(三聚磷酸钠)15％。
(2)制备煤粉：新疆地区难制浆某低阶煤，内水含量9.1％，破碎到一定粒度(≤3mm)，然后用高速万能破碎机干法粉碎。控制破碎时间，直接破碎制得粒度分布合适的煤粉，小于200目煤粉比例为46.9％。
(3)制备水煤浆：按照预先设定的水煤浆浓度(56％)和添加剂用量0.20％，计算固体粉末添加剂、需补加水量及成浆所需煤量，将煤粉、添加剂和补加水混合均匀，在950转/分的搅拌速度下匀浆5分钟。
用复配添加剂2进行制浆实验，成浆性结果对比如下：
表3制浆评价结果
表3中，“常规”指添加剂为分子量为5万的木质素。
实施例4
(1)复配添加剂3：聚苯乙烯磺酸盐20％、聚氧乙烯醚10％、木质素50％、酸碱调节剂氢氧化钠5％、磷酸盐(三聚磷酸钠)15％。
(2)制备煤粉：新疆地区难制浆某低阶煤，内水含量10.6％，破碎到一定粒度(≤3mm)，然后用高速万能破碎机干法粉碎。控制破碎时间，直接破碎制得粒度分布合适的煤粉，小于200目煤粉比例为47.3％。
(3)制备水煤浆：按照预先设定的水煤浆浓度(55％)和添加剂用量0.25％，计算固体粉末添加剂、需补加水量及成浆所需煤量，将煤粉、添加剂和补加水混合均匀，在950转/分的搅拌速度下匀浆5分钟。
用复配添加剂3进行制浆实验，成浆性结果对比如下：
表4制浆评价结果
表4中，“常规”指添加剂为分子量为5万的木质素。
复配型高性能水煤浆添加剂与常规添加剂对比，成浆性能优良，添加剂用量小于0.25％；同等条件下，制浆浓度增加2个百分点左右。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水煤浆添加剂，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：
聚苯乙烯磺酸盐10％～20％，所述聚苯乙烯磺酸盐的重均分子量为2～3万；
聚氧乙烯醚10％～20％；
木质素40％～60％；
酸碱调节剂5％～10％；
磷酸盐15％～20％。
2.根据权利要求1所述的水煤浆添加剂，其特征在于，所述聚苯乙烯磺酸盐的聚合度为25～30。
3.根据权利要求1所述的水煤浆添加剂，其特征在于，所述木质素的重均分子量为15000～30000之间。
4.根据权利要求1所述的水煤浆添加剂，其特征在于，所述磷酸盐为三聚磷酸钠和/或六偏磷酸钠。
5.根据权利要求1所述的水煤浆添加剂，其特征在于，所述酸碱调节剂选自碳酸盐或氢氧化钠。
6.一种如权利要求1～5任意一项所述的水煤浆添加剂的制备方法，其特征在于，将聚苯乙烯磺酸盐、聚氧乙烯醚、木质素、酸碱调节剂和磷酸盐混合，得到水煤浆添加剂。
7.一种水煤浆，其特征在于，包括煤粉、水煤浆添加剂和水，所述水煤浆添加剂选自权利要求1～5任意一项所述的水煤浆添加剂。
8.根据权利要求7所述的水煤浆，其特征在于，所述煤粉选自低阶煤难制浆煤种；
所述煤粉中，200目以下煤粉占总煤粉的比例为35％～50％。
9.根据权利要求7所述的水煤浆，其特征在于，所述水煤浆添加剂占所述煤粉的质量百分比为1.0％～2.5％。
10.根据权利要求7所述的水煤浆，其特征在于，所述水煤浆粘度＜1200mpa.s，所述水煤浆静止24小时以上，不出现硬沉淀，析水率小于5％。
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